关键词:
燃烧分析
参数估计
单区模型
闭环燃烧控制
摘要:
为满足日益严苛的油耗和排放法规,优化汽油机的燃烧过程一直是研究的热点。基于缸内压力的循环燃烧分析是汽油机离线燃烧诊断的重要工具,同时也是极具应用前景的实时闭环燃烧控制的关键和核心。实际运用单区模型进行燃烧分析时,比热比和传热量等参数估计方法的选择影响了计算结果的可靠性。致力于提高实验室等离线燃烧分析场合的计算精度并简化参数估计过程,本文引入并完善了一种考虑传热影响的比热比估计模型。研究了一种面向个体循环的自适应滤波方法,用于改善信号质量。并通过搭载文中所提出的基于多变指数的燃烧始点(SOC)与终点(EOC)检测算法,提高了模型的实时处理速度。最后从循环释放能量和燃烧控制参数的角度验证了此简化模型的计算精度,表明其具备拓展至闭环燃烧控制的潜力。文章具体内容如下:定性地比较了几类已燃质量分数估计模型。发现实际进行单区模型的参数估计时,使用当前工程上流行的定值比热比法时引入了偏差,而完整的参数估计过程需要耗费较多的计算资源和时间,需要对此进行相应的改进。在此基础上,进一步分析了参数估计过程引入的误差对单区模型计算结果的影响。发现基准压力偏高、上止点偏后或传热量和比热比估计值偏高会导致所得燃烧控制参数推迟。实际开展燃烧分析时需要关注并合理消除上述误差源。在对基准压力值和上止点位置进行估计后,为改善缸压信号的质量以提取有效的个体循环燃烧控制参数,研究了一种面向个体循环的自适应滤波方法。首先分析了缸压循环平均过程对信号时域和频域的影响后发现:用于平均的样本数超过一定阈值后信号的平滑效果并不会明显改善,故定义了循环平均波动系数用于确定此最佳样本数;循环平均过程无法消除中高频段共振效应所激发的整数倍干扰谐波,需要对个体循环中相应成分进行适当的衰减处理。在此之后,受循环平均对信号频谱的影响所启发,研究了一种适用于无通道效应的个体循环缸压的自适应滤波方法,通过文中所定义的窗口信噪比即可自适应地确定截止频率。设计了相应的低通滤波器并将其与文献中流行的滤波器进行了对比,验证了自适应滤波器不需要用户调整参数,能够合理地提升压力升高率和放热率曲线的光顺水平。最后,分析发现搭载所设计的自适应滤波器后放热率曲线的循环平均波动系数从10.71%~541%降低至0.20%~16.81%,有效地改善了个体循环缸压的信号质量。为简化单区模型参数估计过程,并提高燃烧分析结果的计算精度。首先比较分析了两类现存参数估计方法对分析结果的影响,分别选取了定值比热比法和Brunt比热比与传热经验公式的搭配,用于后文中的对比分析。之后,引入了一种自适应估计参数的简化放热率模型。该模型通过缸压和容积曲线即可自适应估计考虑传热影响的新比热比参数,用于放热率的计算。为提高模型计算速度,提出了一种基于多变指数的SOC与EOC检测方法,并通过不同工况下此法与Brunt公式结果间的强相关性(0.834~0.998)验证了此方法的可靠性。最后,从循环释放能量和燃烧控制参数的角度,将完善后的模型与所选两类现存的参数估计方法进行了对比评价:相比当前工程上流行的定值比热比法,使用此模型后不同工况下循环累积释放能量的计算误差从-7.55%~-11.20%降低至-2.13%~5.10%,燃烧控制参数间的相关性系数提高了0~0.36。其与第二类参数估计方法计算精度相当且简化了参数估计过程。这表明经优化的新模型具备拓展至实时闭环燃烧控制的潜力。